Jupiter über Wellendingen Walter Albert AVR 2017

Wozu Juno zum Jupiter schicken, wenn solche Bilder von

AVR-Fotografen von der Erde aus gemacht werden können??

Cassini:

Vorbeiflug an Jupiter 29.12.2000

Bis dahin detailliertestes

Echtfarben-Mosaik

aus Aufnahmen der

Schmalwinkel-Kamera

bei der größten Annäherung

an Jupiter aus ~ 10 Mio km

US-Raumsonde Juno

bei Jupiter

Astronomische Vereinigung Rottweil Herbert Haupt

Zimmern o.R. 12. Mai 2018

Juno-Sonde: Missionsübersicht

Start: 05.08.2011

Ankunft bei Jupiter: 04.07.2016

Wichtige Ziele:

- Ursprung und Evolution Jupiters

- fester Kern des Planeten?

- Gehalt von Wasser/Ammoniak/

Methan in der tiefen Atmosphäre

Theorie der Planetenformation

- Atmosphäre: Konvektion und

Windprofile

- Kartierung des Magnetfeldes

- polare Zonen und Polarlichter

NASA JPL Caltech 2009

Beipack der

Juno-Sonde

In Erinnerung an den

Entdecker der großen

Jupitermonde trägt Juno

eine Aluminiumplakette

mit dem Bildnis und

einer handschriftlichen

Notiz von Galileo Galilei

sowie drei Lego-Figuren

aus Aluminium: Galilei,

Jupiter und dessen Frau

Juno.

NASA-Sonde Juno:

Flug zu Jupiter

NASA / JPL-Caltech / SuW-Grafik

• Start 05.08.2011

• Schubmanöver des

Bordantriebs in 09-2012

Juno in Richtung Erde

gelenkt, um dort am

9.10.2013 Schwung zu

holen

• Ankunft bei Jupiter:

05.07.2016

5. Juli 2016: Junos Ankunft bei Jupiter

Junos erstes Bild aus dem Jupiterorbit

Sechs Tage nach Ankunft im Jupiterorbit am 5. Juli 2016:

Aufnahme aus 4,3 Mio km:

der Planet in Halbphase, mit den charakteristischen hellen Zonen

und dunklen Bändern sowie dem Großen Roten Fleck

NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

Jupiter: ein paar Zahlen, die schon bekannt waren

• Masse: enthält 70 % der Gesamtmasse aller Planeten

Mjup = 318 Merde

• Perihel / Aphel: 4,95 – 5,46 AE (e = 0,048)

• Siderischer Umlauf: 11,86 Jahre

• Rotations-Periode: 9:55,5 h 12,6 km/s an OFäqu (Erde: 0,46 km/s)

6,5 % Abplattung

• Durchmesser am Äquator: 143.000 km (~12x Øerde),

am Pol: 133.700 km

• Neigung der Rotationsachse: 3,1° kaum Jahreszeiten

• Albedo: 0,52; Temperatur an „Oberfläche“ (1 Bar): - 108°C

• Helligkeit: max - 2,94 mag (Venus: max - 4,6 mag)

• Mittlere Dichte: 1,33 g/cm3

• Atmosphäre an Oberfläche: 90% H, 10% He, 0,3% CH4, 0,03% CH3

• Orbitalgeschwindigkeit: ~ 42 km/s, Fluchtgeschwindigkeit: ~ 60 km/s,

Juno am fernen Bahnwendepunkt 31.07.2016

Wegen Problemen mit zwei He-Ventilen im Antriebsystem wird auf den

Übergang in die kürzeren Orbits (blau) verzichtet.

Daher nur langgestreckter 53,5-Tage-Orbit, bis in 8,1 Mio km Entfernung

von Jupiter. - Geschwindigkeit beim nahen Vobeiflug: 58 km/s.

Gefährlicher

Strahlungsgürtel

Juno ist von links oben gekommen und soll in Pfeilrichtung wieder

wegfliegen. Farbig dargestellt der intensive Jupiter-Strahlungsgürtel,

den Juno auf den vorgesehenen Spiralbahnen weitgehend vermeidet.

Jupiters wirbelnde Atmosphäre

Jupiter bei Junos

9. nahen Vorbeiflug

Rohbild

Southern Timelapse 24.10.2017

Original-Bilder von Jupiters

Atmosphäre sind meist sehr blass.

Sie werden zum besseren

Erkennen der dynamischen

Strukturen farbverstärkt oder in

Falschfarben dargestellt, meist

durch Citizen Scientists: s. z. B.

https://www.missionjuno.swri.edu

/junocam/processing …

#citizenscience

Bildbearbeitung Südpolregion

Großräumige wirbelnde Wolkenstrukturen Die dynamischen Strukturen - großräumig und in kleineren Elementen -

verändern sich permanent; dabei bleiben aber einige über lange

Zeiträume prinzipiell bestehen, z.B. Bänder und Zyklone.

Norden Süden

Jupiter beim

10. nahen Vorbeiflug 15. Dez. 2017

farbverstärkt

Südliche Hemisphäre,

bei 50 Grad südlicher Breite

aus 31.000 km.

Oben: sehr langgestreckter

Wirbelsturm

Bildbearbeitung: Gerald Eichstädt

Juno beim 10. nahen Vorbeiflug Anfang Januar 2018

Zyklone des

String-of-Pearls

Südpolregion

NASA/JPL-Caltech/SWRI/Gerald Eichstädt

Jupiters

stürmische

Atmosphäre

16.12.2017,

aus 13.300 km.

Nördl. Hemisphäre

bei 49°.

Rechts oben die

Tag-Nacht-Grenze.

Auflösung:

9 km/pixel).

Bildbearbeitung:

G. Eichstädt /S. Doran

NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran 9.11.2017

Wolken und Stürme über dem Planeten

9. Vorbeiflug Junos

Detailaufnahmen: beeindruckende Vielfalt der dynamischen Strukturen

Viele Wolken haben „Chevrons“ 9. Vorbeiflug Junos

Diese atmosphärischen Störungen wehen mit mehreren hundert km/h.

Spuren von Molekülen wie Ammoniak, Methan, Schwefel und Wasser

verleihen den Wolken unterschiedliche Farben und Eigenschaften.

Die Atmosphäre des Planeten eine turbulente Mischung aus Wasserstoff und Heliumgasen.

9. naher Vorbeiflug

Sturmwirbel bei 42° Nord aus 10.000 km

9. naher Vorbeiflug Junos, 24.10.2017, 7 km/px.

Großer Sturmwirbel, gegen den Uhrzeigersinn, mit sehr unterschiedlichen

Wolkenhöhen. Helle Wolken - vermutlich Aufwinde mit Ammoniak- und

Wassereiskristallen - reichen höher und werfen Schatten (Licht von links)

Jupiters wirbelnde

Wolken

07.02.2018 beim

11. Vorbeiflug,

aus 8.200 km

Nördlicher

gemäßigter Gürtel

bei 40°

Kevin M. Gill

Kampf der Wolkenbänder (Junos achter Vorbeiflug) „Zwei Wolkenbänder kämpfen um die Überlegenheit.“ Eines enthält

einen Wirbelsturm, der vielfach größer ist als ein Hurrikan auf der Erde.

Projektion der

Südhalbkugel

Jupiters mit Hilfe

von Cassini beim dessen Vorbeiflug

am 11./12.12.2000

Markante Strukturen: rot-braune und weiße Bänder, der Große Rote

Fleck, viele kleine Wirbel, weiße Zyklone und chaotische Regionen.

Viele Wolken erscheinen in Streifen und Wellen, aufgrund des ständigen

Streckens und Faltens durch Jupiters Winde und Turbulenzen.

Jupiters Südpol aus 52.000 km

Überlagerung

von Bildern

aus drei Orbits

NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/BetsyAsherHall/GervasioRobles

Helle Ovale: Zyklone,

bis 1400 km Ø, mit

mehreren 100 km/h

Windgeschwindigkeit

Wirbel um Jupiters Südpol 27.08.2017

Farbverstärktes Komposit aus Daten von drei separaten Orbits.

Die ovalen Strukturen sind Zyklone mit bis 1000 km Ø.

Sie sind unabhängig vom tobenden Sturm des Großen Roten Flecks.

NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Roman Tkachenko

Wirbelnder Malstrom auf Jupiter „durch die rosarote Brille“

Original-Bild vom 7. Februar 2018, bei Junos 11. nahen Vorbeiflug,

aus 12.200 km über Jupiters Wolken, bei 49° Nord.

Bildbearbeitung:

Matt Brealey /

Gustavo B C

Abstraktes Jupiter-Kunstwerk

Original-Bild: Nahaufnahme der Stürme in der nördlichen Hemisphäre.

Rick Lundh wendete darauf ein Ölgemälde-Filter an.

Die Stürme an Jupiters Nordpol

Überraschenderweise driften die Wirbelstürme nicht in die Mitte zum

zentralen Sturm, wie es die Atmosphärendynamik erwarten lässt.

Warum die Zyklone nicht verschmelzen, ist ebenso unbekannt wie der

Entwicklungsprozess zu der derzeitigen Konfiguration.

„Helligkeits-Temperatur“

(bei 5 µm):

zwischen -13 und -83 °C

Acht Stürme umkreisen

den zentralen Sturm am

Nordpol, am Südpol sind

es fünf.

Die Stürme an Jupiters Nordpol

https://www.youtube.com/watch?v=By6sZ6RGCEQ&feature=youtu.be

Animation zum 3D-Flug über Jupiters Nordpol im Infraroten

Jupiters Bänder-Strukturen

Zyklus des südlichen äquatorialen Gürtels

Der South Equatorial Belt (SEB) macht sich hier gerade davon!

Das kommt nicht überraschend. Er verschwindet immer wieder und

kommt dann zurück. Alle drei bis 15 Jahre verblasst er, bis einige

Wochen oder Monate später neue dunkle Wolken auftauchen, sich über

den Planeten verteilen und einen neuen SEB bilden.

Bild: Anthony Wesley

Struktur der Jetstream-Bänder

Jupiters helle und dunkle Jetstream-Bänder laufen gegeneinander.

Die Bänder reichen bis 3000 km tief.(Schluss aus Gravitationsmessungen)

Darunter gibt es keine Hinweise auf solche Bänder, und Jupiter rotiert

dort wie ein starrer Körper!! Ursache: Druck dort um 100.000 Bar!

https://youtu.be/hF0UjhPSS3A?t=01

grauer „Körper“: starr

braune Bänder:

grüne Bänder:

Zonen und Bänder der Jupiter-Atmosphäre

Abkürzungen der englischen Bezeichnungen. NTZ: North Temperate Zone

Dynamik

von Jupiters

Atmosphäre Im Gegensatz zu den

relativ unveränderlichen

Oberflächenmerkmalen

anderer Planeten sind

die Bänder Jupiters

hoch dynamisch. Denn

er hat keine wirkliche

Oberfläche.

Die Streifen werden

durch unterschiedliche

Wolkenformationen

gebildet. Florian Freistetter

NASA Voyager 1, März 1979: Zeitraffer über 60 Jupitertage (25 Erdtage)

Video: https://giphy.com/gifs/Qa1Fc6zrqTazm

Der Große Rote Fleck

Juno aus 9000 km über dem Großen Roten Fleck Gefangen zwischen zwei Jetströmen: der GRF ist ein Antizyklon, der um

ein Zentrum mit hohem Luftdruck wirbelt er rotiert entgegen der

Richtung zu irdischen Hurrikanen.

10.07.2017: höchste Auflösung; Norden ist links

Großer Roter Fleck und dynamische Bänder der Südregion

Bildbearbeitung: Gerald Eichstädt / Seán Doran

7. naher Vorbeiflug:16.500 km über der OF

Jupiters GRF mit Mond Io und dessen Schatten 03.05.2017

Jupiters ikonischer GRF und umgebende turbulente Zonen Alles ist in Bewegung und verändert sich: der GRF, die Bandränder, neue

Wirbel entstehen und vergehen, der GRF gleitet langsam vor und zurück.

https://www.missionjuno.swri.edu/news/jupiters-great-red-spot-spotted

01.04.2018

G. Eichstädt,

S. Doran

Komposit

aus drei

Aufnahmen:

6:03-6:24 am

aus 25-49 km

Rotierender Großer Roter Fleck

Windbewegungs-Modell des GRF aus Mosaikbildern:

Riesige dickadrige Wolken winden sich durch den GRF.

Unklar ist, woher die dunkelrote Farbe kommt, wie die vorhandenen

Ammoniak, Ammoniumhydrosulfid und Wasser miteinander reagieren

und all die Farben im GRF erzeugen.

NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Justin Cowart

Zyklone um den Großen Roten Fleck 19.04.2018

Der Große Rote Fleck,

der „red spot junior“

und der im Mai 2008

aufgetauchte dritte rote

Fleck (Hubble), der

kurz danach vom GRF

verschlungen wurde!

Unten (weiß): weitere

Zyklone aus dem

„String of Pearls“

Der Große Rote Fleck: Historie

• 1665 - 1713: erste Beobachtungen eines

GRF durch G. D. Cassini und Andere

• Aber dann:

1713 - 1831: keinerlei vergleichbare Sichtungen!

Cassinis Fleck hat sich offenbar gegen 1715 aufgelöst!

• Der heutige GRF scheint sich erst im Zeitraum 1830 - 1850 gebildet

zu haben: zunächst nur als blasse, neue Störung der Atmosphäre,

die sich dann allmählich zum gigantischen Wirbelsturm mit

rötlichem Auge verstärkte.

Alter des jetzigen GRF: also „nur“ etwa 180 Jahre

• Seither schrumpft der GRF langsam:

von 40.000 km um 1870 über 25.000 km 1995 auf heute (03-2018)

nur noch 13.500 km, zudem wird er immer blasser!

• Es ist denkbar, dass er sich in den nächsten 20 - 70 Jahren ganz

auflöst. K.-P. Schröder: SuW 05-2018, S. 60

Der Große Rote Fleck schrumpft

Rechts der Fleck: 1995 (Durchmesser ~ 21.000 km), 2009 (18.000 km)

und 2014 (16.500 km). 1870 waren es noch 40.000 km!!

NASA, ESA und A. Simon (Goddard Space Flight Center)

Unterstützende Beobachtungen

mit Subaru und Gemini, Hawaii:

Der GRF, eine der höchst-

reichenden Strukturen in Jupiters

Atmosphäre.

Schmale spiralige Strähnen

weisen in den GRF hinein oder

aus ihm heraus, verursacht durch

die intensiven Winde im GRF

(s. Haken links am GRF). Einige

fließen nach rechts ab, in einen

wellenförmigen Fluss-Muster.

Die dunklen Ovale rechts vom GRF haben dünnere Wolken. Beide

sind langlebige Zyklone, die im Gegensatz zu GRF im Uhrzeigersinn

rotieren. http://go.nasa.gov/2ur2ZpD

Der Große Rote Fleck im IR

Die tiefen Wurzeln des Großen Roten Flecks

Blick mit dem Mikrowellen-Radiometer in die tieferen Wolkenschichten

unter dem GRF. Oben eine Aufnahme der JunoCam im sichtbaren Licht,

darunter verschieden tiefe Atmosphärenschichten. Sie wurden bei

unterschiedlichen Wellenlängen aufgezeichnet. Der GRF lässt sich bis

350 km unterhalb der sichtbaren Wolkenoberfläche verfolgen.

Kleiner Roter Fleck 2.02.2017, 6. naher Vorbeiflug

aus 14.500 km

farbverstärkt

NASA/JPL-

Caltech/SwRI/MSSS/

Björn Jonsson

Weißes Oval:

massiver Sturm in Gegenuhrzeiger-Richtung auf der Süd-Hemisphäre

Großer Kalter Fleck nahe Jupiter-Nordpol

In den obersten Schichten Jupiters gibt es einen auffallend kühlen

Bereich, seit 15 Jahren oder weit länger, an ein und derselben Stelle

knapp unterhalb des Nordpols.

Während das Gas in der Umgebung auf 400 bis mehr als 700 °C

aufgeheizt wird, ist es im Bereich des Kalten Flecks etwa 200 Grad

kühler. Tom Stallard et al., Univ. Leicester

Jupiters Magnetfeld

und seine Polarlichter

Jupiters Magnetfeld

Es entstehen zwei Magnetfelder, die sich überlagern: das erdähnliche aus

der tiefen Schicht des metallisch leitenden Wasserstoffs und die von dem

äquatorialen Jet erzeugte schwächere Bandstruktur. Thomas Gastine, MPI

Jupiters asymmetrisches Magnetfeld

rot: Quellen

blau: Senken

Jupiters Magnetfeld ist an

seiner Oberfläche 10 x so

stark wie auf der Erde und

reicht über zig Jupiterradien

in den Raum hinaus.

Polarlichter auf Jupiter

Aurora im Röntgenbereich.

An Nord- und Südpol sind fast

immer Auroren zu sehen.

Jupiters Magnetfeld ist so stark,

dass er alle geladenen Teilchen

seiner Umgebung einfängt (vom

Sonnenwind und auch von Io und

Europa). Myriaden geladener

Protonen, Elektronen und Ionen

umkreisen Jupiter mit

relativistischer Geschwindigkeit.

Polarlichter auf Jupiter während

eines Sonnensturms sind 100 mal

energiereicher als bei uns.

Polarlicht an Jupiters Nordpol

Animation,

rekonstruiert aus

Aufnahmen im UV

am 11.12.2016.

Juno passierte dabei

den Pol mit 50 km/s!!

und flog dann Richtung

Äquator.

Polarlichter auf Jupiter

sind eher blau als grün

wie auf der Erde, wegen

Atmosphäre aus H, He,

H2O, NH3, CH4; …

Jupiters Südpol

mit Polarlichtern

Komposit-Bild:

- im Optischen: Juno

(NASA/JPL-Caltech/SwRI/

MSSS/G. Eichstädt /S.Doran)

- purpur: Röntgen

durch Chandra und

XXM-Newton (NASA/CXC/UCL/W.Dunn

et al)

Polarlichter

am Südpol

im IR

Juno: noch nie gesehene Bilder

der südlichen Aurora Jupiters;

von der Erde aus nicht möglich.

NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

Neue Strahlungszonen auf Jupiter entdeckt

Magnetfeld

relativistische H,O,S-Ionen, aus zuvor neutralen Atomen von Io und Europa

energiereiche schwere Ionen am Innenrand des relativistischen Elektronen-Strahlungsgürtels

Strahlungsgürtel durch hochenergetische Ionen und Elektronen,

die im starken Magnetfeld Jupiters nahe seiner Oberfläche umlaufen.

Messungen mit Junos Stellar Reference Unit (SRU-1) Star Camera

Karte von Jupiters Infrarot-Emission

J.E.P. Connerney et al/Science

Helle Gebiete: „warm“,

da die Wolken tiefliegend

und ziemlich durchsichtig

Dunkle Gebiete: kälter,

da dichte, hochstehende

Wolken,

z.B. die Äquator-Gürtel,

der GRF, und die Zyklone

des „Strings of Pearls“

(unten).

Die innere Struktur Jupiters

https://astronomynow.com/2017/05/27/jupiter-surprises-in-first-trove-of-data-from-

nasas-juno-mission/

Untersuchung der Jupiteratmosphäre unter den oberen Wolkenschichten

Rechts: Ammoniak-Anteil in den Tiefen der Atmosphäre:

rot: hohe, blau: niedere Konzentration NASA/JPL-Caltech/SwRI

Durchgriff durch die meteorologische Atmosphären-Schicht

zur Analyse von Struktur und Konvektion in Jupiters Innerem (aus Gravitationsfeld-Daten):

möglicher “Fels”-Kern, umgeben von metallischem Wasserstoff,

darüber molekularer Wasserstoff, alles unter der dichten Wolkendecke

NASA/JPL-Caltech/SwRI

= „Oberfläche“

Jupiters innere Struktur

Innere Struktur Jupiters

Die Schalen (von links): Wolkenhülle (3000 km), He-armer molekularer

Wasserstoff, metallischer Wasserstoff, Kern (Eis und Fels?)

Vergleich von innerer Struktur und

Zusammensetzung der 4 Gasplaneten

Zusammenfassung

Juno-Mission: außerordentlich erfolgreich. Zum ersten Mal auch die

Pole erforscht. Viele überraschende Ergebnisse:

• Atmosphäre extrem dynamisch; reicht bis in 3000 km Tiefe

• Darunter, obwohl noch gasförmig, Verhalten eines starren Körpers

• Bänder, Zyklone, Wolkenwirbel: in ständiger Wechselwirkung und

mit andauernden Veränderungen

• Der Große Rote Fleck: Stürme mit > 600 km/h. Schluckt Zyklone

und scheidet Sturmwellen aus. Schrumpft seit 180 Jahren. Könnte

sich in den nächsten Jahrzehnten ganz auflösen, hat aber

stabilisierende Wurzeln bis in 350 km Tiefe.

• Magnetosphäre: sehr starke Felder, sehr weit ausgedehnt.

energiereiche permanente Polarlichter durch Sonnenwind, aber

auch durch Teilchen vom Mond Io (1 to/s S)

Strahlungsgürtel um Jupiter mit relativistischen Elektronen und

Ionen

Jupiter WFC3/UVIS

Hubble 21.04.2014

NASA, ESA, and A. Simon

(Goddard Space Flight Center)

Danke fürs Mitdenken

Quellen / Literatur • https://www.nasa.gov/mission_pages/juno/main/

• www.missionjuno.swri.edu/junocam

• https://www.nasa.gov/juno und http://missionjuno.swri.edu

• https://phys.org/news/2017-05-juno-mission-jupiter-science-

results.html#jCp

• https://www.missionjuno.swri.edu/news/a-new-point-of-view …

#citizenscience

• https://www.missionjuno.swri.edu/junocam/processing …

#citizenscience

• https://www.welt.de/mediathek/dokumentation/space/strip-the-

cosmos/video16 (Bericht auf N24 auch über innere Struktur)

• https://www.nasa.gov/mission_pages/juno/images/index.html

• https://astronomynow.com/2017/05/27/jupiter-surprises-in-first-

trove-of-data-from-nasas-juno-mission/

• https://www.youtube.com/watch?v=rodKLlmoSe8 07.03.2018

Erste Ergebnisse der Juno-Mission, auch über die innere Struktur

Quellen / Literatur • https://www.youtube.com/watch?v=By6sZ6RGCEQ&feature=youtu.be

• http://go.nasa.gov/2ur2ZpD Earth-based Views of Jupiter to Enhance

Juno Flyby

• http://www.businessinsider.de/milliarden-teure-nasa-sonde-neue-fotos-

von-jupiter-9-2017-11

• https://www.missionjuno.swri.edu/news/jupiters-great-red-spot-spotted

Der GRF in Großaufnahme beim 12. nahen Vorbeiflug

• Hans-Ulrich Keller: „Jupiter und Juno“ Kosmos Himmelsjahr 2018

• Tilmann Althaus: „Im Reich des Göttervaters – Raumsonde Juno trifft

bei Jupiter ein“ SuW 07-2016

• Tilmann Althaus: „Nordlichter auf Jupiter“ SuW News 30.06.2016

• Wikipedia: Juno (Raumsonde), Jupiter, …

• Norbert Krupp (MPIS): „Aktuelle Ergebnisse der JUNO-Mission“

Vortrag 16.03.2018, Planetarium Stuttgart

• Jan Osterkamp: „Jupiters Geheimnis unter der Oberfläche“

Spektrum.de News 08.03.2018

Spezielle Animationen

https://www.youtube.com/watch?v=hF0UjhPSS3A

Animation zu Jupiters gegenläufigen Bändern und innerer Struktur

https://www.youtube.com/watch?v=By6sZ6RGCEQ&feature=youtu.be

Animation zum 3D-Flug über Jupiters Nordpol im Infraroten